一种高强稀土镁合金材料及其制备方法与流程

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种高强稀土镁合金材料及其制备方法。

背景技术：

镁合金以其密度小、比强度高、比刚度高且易于循环利用的优异性能而广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域。但是，由于镁合金的力学性能较差，很难作为高温环境下的结构部件。

因此，为了提高镁合金的结构特性和功能，常在镁合金中加入其它组元，扩大镁合金的使用范围。稀土元素由于其独特的物理和化学性质，添加到镁合金中可以净化除杂、细化组织，成为镁合金重要的合金化学元素，大幅度的提高镁合金室温的力学性能。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中镁合金的力学性能差的问题，提供一种高强稀土镁合金材料及其制备方法。

一种高强稀土镁合金材料，包括以下重量份数的组分：Gd 4.5~5.5%、Y 3.5~4.5%、Zr 0.1~0.25%，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni均不大于0.015%，其余部分为Mg。

一种高强稀土镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高纯镁锭、Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Zr中间合金分别预热；

（2）升温至710~740℃将镁锭在坩埚中加热熔化，然后在780~820℃加入Mg-30Gd中间合金；

（3）升温至760-800℃，加入全部Mg-30Y和Mg-30Zr中间合金，且搅拌均匀，搅拌时间2~5min；

（4）在氩气保护下，除渣后进行静置15~30min，搅拌20~35min；

（5）在700~740℃且SF₆+CO₂混合气体保护下，进行半连续浇铸镁合金圆棒材；

（6）将镁合金半连铸圆棒材切割后，在400~450℃挤压成型材，挤压速度4~7mm/s。

优选，第六步所述镁合金圆棒材在切割之前先在480~520℃条件下，均匀化处理4~8h，然后才进行切割、挤压成型。

优选，第六步所述镁合金挤压型材需在150~220℃条件下进行56-72h的时效处理。

优选，第一步的预热温度为180-220℃。

优选，所述高纯镁锭中镁的含量不低于99%。

本发明的有益效果如下：

1. 相比传统镁合金只是单一性能较高，整体性能偏低的缺点，本发明的稀土镁合金在室温具有400MPa或更高的抗拉强度，屈服强度高于270 MPa。

2. 根据不同的工艺要求，对挤压过后的镁合金型材进行时效处理，获得的强度和组织晶粒相对铸态有了明显的提高。

3. 本发明的制备方法简单、易操作。

附图说明

图1为本发明高强稀土镁合金组织结构金相显微镜图。

具体实施方式

实施例1，一种高强稀土镁合金，包括以下重量份数的组分：Gd 4.5%，Y 3.5%，Zr 0.1%，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni均不大于0.015%，其余部分为Mg。

一种高强稀土镁合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高纯镁锭、Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Zr中间合金分别在180℃预热；

（2）升温至710℃将镁锭在坩埚中加热熔化，然后在780℃加入Mg-30Gd中间合金；

（3）升温至760℃，加入全部Mg-30Y和Mg-30Zr中间合金，且搅拌均匀，搅拌时间2min；

（4）在氩气保护下，除渣后进行静置15min，搅拌20min；

（5） 在700℃且SF₆+CO₂混合气体保护下，进行半连续浇铸镁合金圆棒材；

（6）镁合金圆棒材在切割之前先在480℃条件下，均匀化处理4h，然后才进行切割，在400℃挤压成型材，挤压速度4mm/s；

（7）镁合金挤压型材需在150℃条件下进行56h的时效处理。

本实施例所得的一种高强稀土镁合金，其力学性能结果为：室温：抗拉强度405MPa；屈服强度275MPa。

实施例2，一种高强稀土镁合金，包括以下重量份数的组分：Gd 5.0%，Y 4%，Zr 0.15%，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni均不大于0.015%，其余部分为Mg。

一种高强稀土镁合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高纯镁锭、Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Zr中间合金分别在190℃预热；

（2）升温至720℃将镁锭在坩埚中加热熔化，然后在790℃加入Mg-30Gd中间合金；

（3）升温至770℃，加入全部Mg-30Y和Mg-30Zr中间合金，且搅拌均匀，搅拌时间3min；

（4）在氩气保护下，除渣后进行静置20min，搅拌25min；

（5）在710℃且SF₆+CO₂混合气体保护下，进行半连续浇铸镁合金圆棒材；

（6）镁合金圆棒材在切割之前先在490℃条件下，均匀化处理5h，然后才进行切割，在410℃挤压成型材，挤压速度5mm/s；

（7）镁合金挤压型材需在170℃条件下进行60h的时效处理。

本实施例所得的一种高强稀土镁合金，其力学性能结果为：室温：抗拉强度413MPa；屈服强度284Mpa。

实施例3，一种高强稀土镁合金，包括以下重量份数的组分：Gd 5.2%，Y 4.5%，Zr 0.2%，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni均不大于0.015%，其余部分为Mg。

一种高强稀土镁合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高纯镁锭、Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Zr中间合金分别在200℃预热；

（2）升温至730℃将镁锭在坩埚中加热熔化，然后在800℃加入Mg-30Gd中间合金；

（3）升温至780℃，加入全部Mg-30Y和Mg-30Zr中间合金，且搅拌均匀，搅拌时间4min；

（4）在氩气保护下，除渣后进行静置25min，搅拌30min；

（5）在720℃且SF₆+CO₂混合气体保护下，进行半连续浇铸镁合金圆棒材；

（6）镁合金圆棒材在切割之前先在500℃条件下，均匀化处理6h，然后才进行切割，在430℃挤压成型材，挤压速度6mm/s；

（7）镁合金挤压型材需在200℃条件下进行65h的时效处理。

本实施例所得的一种高强稀土镁合金，其力学性能结果为：室温：抗拉强度422MPa；屈服强度303Mpa。

实施例4，一种高强稀土镁合金，包括以下重量份数的组分：Gd 5.5%，Y 4.2%，Zr 0.25%，杂质元素Si、Fe、Cu、Ni均不大于0.015%，其余部分为Mg。

一种高强稀土镁合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）将高纯镁锭、Mg-30Gd中间合金、Mg-30Y中间合金、Mg-30Zr中间合金分别在220℃预热；

（2）升温至740℃将镁锭在坩埚中加热熔化，然后在820℃加入Mg-30Gd中间合金；

（3）升温至800℃，加入全部Mg-30Y和Mg-30Zr中间合金，且搅拌均匀，搅拌时间5min；

（4）在氩气保护下，除渣后进行静置30min，搅拌35min；

（5） 在740℃且SF₆+CO₂混合气体保护下，进行半连续浇铸镁合金圆棒材；

（6）镁合金圆棒材在切割之前先在520℃条件下，均匀化处理8h，然后才进行切割，在450℃挤压成型材，挤压速度7mm/s；

（7）镁合金挤压型材需在220℃条件下进行72h的时效处理。

本实施例所得的一种高强稀土镁合金，其力学性能结果为：室温：抗拉强度435MPa；屈服强度311Mpa。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，上述具体实施方式中所描述的各个具体的技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。